Numerical simulations of installation effects caused by upstream elbows on single-path transit-time ultrasonic flare flow meters

Oil and gas industry requires accurate flow measurements since they are stated by law. Nevertheless, curves and other obstacles are commonly found in such industry field, which may affect the quality of flow measurement due to flow disturbances, such as swirl and velocity profile asymmetries. Single-path ultrasonic flow meters are often used in flare gas installations, despite being sensitive to such disturbances. The present work use commercial CFD codes to obtain disturbed flow fields downstream from single and double elbow pipe installations, aiming to investigate both magnitude and behaviour of such effects on ultrasonic flow measurement. Numerical integration is applied for several acoustic path arrangements, simulating single-path ultrasonic flow meters in different situations in order to evaluate its correction factor deviation under disturbed conditions. Reynolds numbers from 1X10 4 to 2 X10 6 are considered. Transducers mounting angles from 0° to 180° are tested and axial positions up to 80D downstream from the curve are evaluated. Results indicate that single-path ultrasonic flow meters are sensitive to installation effects. Correction factor deviations usually showed to be significantly higher than 2% for axial positions shorter than 20D, as recommended by several manufacturers or regulations. Nevertheless, deviations may reach 0.01% in some specific configurations, which suggests that ultrasonic flow measurement might be improved by rearranging flow meter device in favourable angular position and mainly by implementation of specific functions for correction factors under disturbed conditionsA indústria de petróleo e gás requer medições de vazão de baixa incerteza, uma vez que são estabelecidas por lei. Contudo, curvas e outros obstáculos são comumente encontrados nesse cenário e podem afetar a qualidade da medição de vazão em função de perturbações no escoamento, tais como swirl e assimetrias no perfil de velocidades. Medidores de vazão por ultrassom de um canal são frequentemente utilizados em instalações de gás de queimadores, apesar de serem sensíveis a tais perturbações. O presente trabalho usa códigos comerciais de CFD para obter o escoamento à jusante de instalações com uma curva e duas curvas, visando a investigar a magnitude e o comportamento de tais efeitos na medição de vazão. Integração numérica é utilizada para diversos arranjos de caminho acústico, simulando medidores de vazão por ultrassom de um canal em várias condições para avaliar o desvio do fator de correção em escoamentos perturbados. Números de Reynolds de 1×10 4 a 2×10 6 são considerados. Ângulos de montagem dos transdutores de 0° a 180° são testados e posições axiais até 80D à jusante do obstáculo são avaliadas. Os resultados indicam que medidores de vazão por ultrassom são sensíveis aos efeitos de acidente de linha. O desvio do fator de correção mostra-se, em geral, consideravelmente maior que 2% em distâncias menores que 20D, conforme recomendado por alguns fabricantes e por leis. Não obstante, tais desvios podem atingir 0,01% em algumas configurações específicas, o que sugere que a medição de vazão por ultrassom pode ser melhorada pelo rearranjo do aparato em posição angular favorável e, principalmente, pela implementação de funções específicas para fatores de correção em condições perturbada